浅谈高层建筑物玻璃幕墙防雷措施

【摘 要】本文简单介绍了高层建筑物玻璃幕墙的防雷措施，高层建筑物玻璃幕墙的防雷措施主要包括直击雷、侧击雷、闪电感应、等电位连接及接地措施。本文以东莞某大厦的玻璃幕墙防雷措施为实例进行分析。

【关键词】玻璃幕墙；直击雷；闪电感应；等电位连接；接地

引言

随着经济和社会的不断发展，大量现代建筑传统的外墙已被新兴的玻璃幕墙取而代之。东莞地处高雷区，年平均雷电日数为85.14天，从历史上看，东莞出现雷电最频繁的月份是6、7、8月，以8月为最高。东莞市雷电时间长，从每年的2月一直持续到10月。雷电击中玻璃幕墙极可能造成玻璃破碎如图1所示，从而引起人身安全隐患。因此玻璃幕墙防雷并不容忽视。

图1 雷击玻璃幕墙

1 东莞某大厦概况及其防雷类别的判定

1.1 东莞某大厦概况

东莞某大厦主体尺寸长130m，宽90m，高138m，共46层。

1.2 东莞某大厦防雷类别的判定

东莞某大厦属于一般性民用建筑物，其防雷类别可以通过计算该建筑物年预计雷击次数来确定。建筑物年预计雷击次数按公式（1）计算：

N=k×Ng×Ae （1）

式中：N――建筑物年预计雷击次数（次/a）;

k――校正系数，东莞某大厦的周围环境属一般情况取1；

Ng――建筑物所处地区雷击大地的年平均密度（次/km2/a）；

Ae――与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）.

东莞某大厦所处地区雷击大地的年平均密度按公式（2）计算：

Ng=0.1×Td （2）

式中：Td――年平均雷暴日，根据当地气象台、站资料确定（d/a）

根据东莞当地气象台资料确定年平均雷暴日Td=81.6d/a，可以得出Ng=8.16（次/km2/a）。与东莞某大厦截收相同雷击次数的等效面积按公式（3）计算：

Ae=[LW+2H(L+W)+πH2]×10-6 （3）

式中：L、W、H――分别为建筑物的长、宽、高（m）。

东莞某大厦的L=130m，W=90m，H=138m，代入公式（3）得出与东莞某大厦截收相同雷击次数的等效面积Ae=0.132（ km2）；将Ng=8.16（次/km2/a）、Ae=0.132（ km2）代入公式（1）得出东莞某大厦年预计雷击次数N=1.079（次/a）,根据《建筑物防雷设计规范》第3.0.3款第10条的规定预计雷击次数大于0.25次/a的一般性民用建筑物应划为第二类防雷建筑物，因此东莞某大厦属于第二类防雷建筑物。

高层建筑物玻璃幕墙的防雷措施主要包括：防直击雷、侧击雷、闪电感应、等电位连接及接地等。

2 防直击雷措施

防直击雷措施包括接闪器、引下线、接地装置三部分组成。如图1所示雷电直击示意图。

图1 雷电直击示意图

2.1 接闪器及安装情况

接闪器[3]是指直接截受雷击的接闪杆、接闪带（线）、避雷网，以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。玻璃幕墙盖顶分两种情况：一种为玻璃盖顶，另一种为金属盖顶，玻璃盖顶须敷设接闪器加以保护，金属盖顶当其厚度达到接闪厚度时可不另敷设接闪器，直接采用金属盖顶接闪，但其安装工艺必须符合《建筑物防雷设计规范》的要求，当其厚度未达到接闪厚度时，须另敷设接闪器加以保护。东莞某大厦玻璃幕墙盖顶为玻璃盖顶，须敷设接闪器加以保护。采用-40×4镀锌扁钢沿着幕墙外边缘敷设接闪带，在天面敷设不大于10m×10m或12m×8m的接闪网，在阳角处加装短接闪杆。

2.2 引下线

引下线[1]是指连接接闪器和接地线的总合。东莞某大厦采用建筑物立柱对角两条主筋作为引下线，沿建筑物四周均匀布置，其间距沿周长计算不大于18m，幕墙竖向龙骨、横向龙骨每隔两层在每个引下线位置处与柱筋引下线焊接连通，组成一个防雷整体。

2.3 接地装置

接地装置是指接地体和接地线的总和。接地体[3]是埋入土壤中或混凝土基础中作散流作用的导体，接地体包括人工接地体和自然接地体。接地线[1]是指从引下线断接卡或换线处至接地体的连接导体；或从接地端子、等电位连接带至接地装置的连接导体。

东莞某大厦利用建筑物结构桩基础和基础底板内的主钢筋等焊接组成接地装置。每处引下线处利用每桩结构主筋中至少2根主筋作为垂直接地体，承台下层外侧钢筋焊接连通构成承台环，承台分别与作为垂直接地体的桩筋和作为引下线的柱内结构主筋焊接连通。同时将地梁内两条结构主筋构成基础接地结构网格，作为水平接地体，基础接地网格与引下线之间可靠连接。

3 防侧击雷措施

根据《建筑物防雷设计规范》第4.3.9条规定，高于60m的建筑物，其上部占高度20%并超过60m的部位应防侧击。东某大厦的高为138m，该建筑物高110.4m及以上部位都要采取防侧击雷措施。

东莞某大厦在高110.4m及以上的所有金属物件均与幕墙的龙骨支架作等电位连接，在各楼层之间所有竖向龙骨与横向龙骨的连接处，采用40×4铝角码两端各用两个M6不锈钢对穿螺栓进行压接，并加不锈钢平垫和弹簧垫如图2所示。因设计采用的铝板厚度为3mm，达到了接闪厚度，可以不另外敷设接闪器，直接采用幕墙的铝板作为接闪器，其安装工艺必须符合《建筑物防雷设计规范》的要求，从而达到防侧击雷的效果。

图2 幕墙横向龙骨与竖向龙骨连接图

4 防闪电感应措施

闪电感应就是闪电放电时，在附近导体上产生的雷电静电感应和雷电电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花放电。

高层建筑玻璃幕墙的金属材质由于雷电的效应，将会产生静电感应作用，当天空雷云和大地形成电场时，幕墙的金属体就会积聚与雷云极性相反的大量感应电荷，当雷云瞬间放电后，云与大地的电场忽然消失，这时幕墙的金属体感应电荷不能以相应的速度流散，将会产生高达万伏以上的对地电位，这就是静电感应电压，对人和设备产生危害。因此高层高层建筑物玻璃幕墙防闪电感应措施不容忽视。

东莞某大厦玻璃幕墙各金属构件与玻璃幕墙龙骨构架做好等电位连接，幕墙龙骨构架横向沿着建筑物每隔18m与建筑物框架作一次等电位连接，确保幕墙各金属构件之间的电气连通，从而减少闪电感应带来的危害。

5 等电位连接及接地

等电位连接[2]就是将分开的诸金属物体直接用连接导体或经电涌保护器连接到防雷装置上以减小雷电流引发的电位差。

东莞某大厦主体框架各主筋之间须构成电气连接，主要是作为接地体的桩筋、梁筋与承台的连接，选定作为引下线和均匀环屏蔽网的梁筋、柱筋、板筋各接口出采用焊接，采用圆钢焊接，采用双面焊时，焊接长度为圆钢直径的6倍；采用单面焊时，焊接长度为圆钢直径的12倍。使之成为可靠的电气连通。

为了使玻璃幕墙竖向龙骨保持良好的接地导通，采用-40×4镀锌扁钢一端与均压环焊接，其焊接长度不应小于扁钢宽度的2倍且采用三面焊，另一端用两个M8不锈钢对穿螺栓与竖向龙骨进行压接，并加不锈钢平垫和弹簧垫。所有竖向龙骨的驳接处采用欧姆弯压接，欧姆弯采用40×4铝合金制成，连接处上下各用两个M8不锈钢对穿螺栓进行压接，并加不锈钢平垫和弹簧垫，如图3所示。

图3 竖向龙骨间欧姆弯压接

东莞某大厦玻璃幕墙的各金属构件之间与其金属龙骨作好等电位连接，再通过玻璃幕墙的金属龙骨构架与建筑物框架焊接连通，并与建筑物基础地网作焊接连通，其焊接工艺必须符合《建筑物防雷设计规范》的要求。玻璃幕墙各金属构件保持电气连通，形成一个整体。

6 结语

高层建筑物玻璃幕墙的防雷措施由防直击雷、侧击雷、闪电感应、等电位连接及接地等组成。高层建筑物玻璃幕墙的防雷措施是一个整体，一环扣一环，缺一不可。玻璃幕墙盖顶分两种，一种是玻璃盖顶，另一种是金属盖顶。前者须敷设接闪器加以保护；后者当金属盖顶厚度达到了接闪厚度时，可以不另设接闪器，直接采用金属盖顶接闪，反之则须另敷设接闪器加以保护。

参考文献：

[1]苏帮礼、崔秉球、吴望平、苏宇燕《雷电与避雷工程》[M].

[2]GB50057-2010 建筑物防雷设计规范 [S].

[3]虞昊、臧庚媛、赵大铜《现代防雷技术基础》[M].